CAN总线在分布式烤烟控制系统中的应用

众所周知，我国是一个烟草大国，烟草行业在国民经济中占有十分重要的地位。
烟草行业涵盖烟叶种植、烟叶烘烤、烟叶发酵、卷烟生产及销售等环节，各环节的生产过程、管理水平、生产能力和生产质量都将直接影响到最终产品的质量和经济社会效益。在整个烟草生产过程中，烟叶烘烤的质量起到了至关重要的作用，然而令人遗憾的是，目前贵州省乃至全国烟农多数使用人工作坊式进行烟叶的烘烤，烤房内的温度、湿度等对烟叶质量有影响的环境参数只能靠人工方式进行测量和控制，因而无法保证烤烟的质量，使得农民的收入没有得到明显提高。为了保证烤烟质量，必须采取先进的控制手段来对环境温度和湿度以及持续时间进行有效控制，自动控制技术、通信技术和计算机技术的不断发展给烤烟环境的精确控制带来了可能。
本系统结合现场总线和单片机控制技术，构建了分布烤烟控制系统，实现了对分散在不同位置的烤房进行实时远程监控。
1 CAN总线概述
当今计算机控制系统正迅速向分散的现场总线控制系统（FCS）方向发展，现场总线的使用，使得包含工业控制系统在内的各类控制系统的控制功能彻底下放到控制现场，系统的性能进一步提高。
在众多的现场总线中，CAN（Control Area Network）以其独特的优势在各类控制系统的应用日益广泛。CAN总线协议简单、实现容易、成本低，能方便与微控制器接口，特别适合中小型控制系统中。因此，考虑到行业特点及控制要求，在方案中我们选择了CAN总线作为整个系统的数据通信系统。
2 控制系统方案
本系统基于CAN总线构建，将CAN总线接口内置于烤烟控制器中，并使用双绞线作为总线连接至监控计算机的CAN总线适配器，形成分布式控制系统，如图1所示。

图1 控制系统结构
2．1烤烟控制器
内置单片微控制器（AT89C52）的烤烟控制器对烤烟环境的温度及湿度进行采样，依据一定的控制规律（烤烟环境的温度和湿度控制规律）产生控制信号对温度及湿度进行控制，并接收监控计算机发送来的命令完成控制参数的修改或上传检测到的温度和湿度。
由于烤烟过程对环境的要求并不是非常高，为简化控制系统结构，降低成本，使用了如下方案进行设计。
温度的采样采用全数字温度传感器DS18B20（DALLAS公司生产），该传感器使用串行接口（1-Wire总线）与微控制器连接，测量温度最高达125℃，精度可达0.005℃，完全可满足烤烟温度检测的需要；而温度的调节直接通过直流电机驱动火门控制进风量进行。
环境的湿度可间接从采样到的湿球温度计算得到，从而避免使用昂贵的湿度传感器；而湿度通过直流电机控制窗户的开启大小来控制。
CAN总线接口使用菲利浦公司的SJA1000协议接口芯片、6N137光电隔离器和82C250总线收发器构成。
2．2 监控计算机
利用CAN总线适配器（USB接口）实现计算机控制信息和CAN总线协议数据的相互转换，完成对现场控制节点的集中管理。
监控软件采用Visual Basic平台进行开发，完成对控制节点的实时监控。
3 烤烟控制节点设计
依据上述控制功能要求，烤烟控制节点包含AT89C52、LCD显示器、CAN总线接口电路、两片DS18B20、两套直流电机控制电路，如图2所示。